Кудзис - Железобетонные и каменные коснтрукции.Ч.2

Предисловие

При изложении материала второй части  учебника «Железобетонные и каменные конструкции»  учитывалось решение XXVIl съезда КПСС по подготовке  высококвалифицированных инженеров широкого профиля, в том числе обучающихся по специальности «Промышленное и гражданское строительство». Учебник составлен с  учетом рекомендаций программы данной дисциплины, а  также новейших требований, предъявляемых к повышению уровня индустриализации и качества конструкций зданий и сооружений.

В данной части учебника приведены основы  проектирования сборных и монолитных конструкций, а также  рассмотрены принципы их изготовления и возведения. При этом указаны направления научно-технического прогресса в области усовершенствования несущих конструкций зданий и сооружений. Подробно рассмотрены железобетонные  конструкции плоских перекрытий, конструктивные решения  каркасных многоэтажных и одноэтажных промышленных зданий, а также гражданских каркасных зданий и бескаркасных зданий со стенами из крупных панелей, каменной кладки и  монолитного бетона.

Большое внимание уделено вопросам конструирования и возведения фундаментов. Имея в виду, что всем  инженерам-строителям приходится встречаться с проблемами фундаментостроения, в учебнике приведены конструкции фундаментов мелкого и глубокого заложения, свайных фундаментов, а также фундаменты сооружений башенного типа и под оборудование. Даны принципы расчета усилий фундаментов с учетом совместной работы основания,  фундаментов и надфундаментной конструкции здания или  сооружения.

При изложении материала тонкостенных  пространственных конструкций рассмотрены прогрессивные  сборные оболочки и складки, которые целесообразно  применять в массовом строительстве общественных и промышленных зданий. Подробно рассмотрены конструкции  сборных и монолитных инженерных сооружений разного назначения. Приведены новейшие требования к  конструкциям, эксплуатируемым в условиях агрессивной среды, высоких или низких температур и в сейсмических  районах. В конце книги изложены способы восстановления, разгрузки и усиления железобетонных и каменных  конструкций.

Учебник написан заведующим кафедрой железобетонных конструкций Вильнюсского инженер"но-строительного  института, членом-корреспондентом Академии наук ЛитССР, д-ром техн. наук, проф. А. П. Кудзисом. Автор приносит глубокую благодарность рецензентам учебника: сотрудникам кафедры железобетонных и каменных конструкций ВЗИСИ (зав. кафедрой д-ру техн. наук, проф. В. М. Бондаренко) и д-ру техн. наук, проф. И. И. Попову за ценные рекомендации по улучшению учебника.

Автор

ГЛАВА 1

Принципы проектирования железобетонных и каменных конструкций

1.1. Общие рекомендации и система автоматизированного проектирования

Выбор конструктивного решения. Для железобетонных и каменных конструкций требуется применять эффективные строительные материалы, соблюдать требования по их  экономическому расходованию, а также полностью использовать физико-механические свойства бетона, кладки и арматуры.

В строительстве рекомендуется применять эффективные  индустриальные конструкции, -позволяющие выполнять строительно-монтажные работы при наименьших трудовых, материальных, денежных и энергетических затратах, расходуемых на  предприятиях и стройплощадке. Конструкции из монолитного железобетона, возводимые с помощью современной крупногабаритной опалубки или методом подъема перекрытий с применением  механизированных способов подачи и укладки бетона, также относятся к эффективным индустриальным конструкциям.

Бетонные и каменные элементы следует применять  преимущественно в конструкциях, работающих на сжатие при небольших эксцентриситетах приложения продольных сил. В таких случаях прочность элементов обеспечивается бетоном и каменной кладкой без применения продольной арматуры. . Изгибаемые бетонные элементы допускается применять, если они лежал на сплошном основании. При этом следует иметь в виду, что разрушение несущих каменных и бетонных конструкций, как правило, носит хрупкий характер и весьма часто без явных предварительных признаков разрушения.

Проектирование конструкций зданий и сооружений,  предназначенных для работы в условиях агрессивной окружающей среды и повышенной температуры, должно вестись с учетом применения специальных строительных материалов, а также с учетом затрат на ремонт, восстановление и усиление конструкций. Во всех случаях должна быть обеспечена огнестойкость железобетонных, бетонных и каменных конструкций.

Желательно при проектировании зданий и сооружений  подобрать такие конструктивные решения, при которых может быть использована несущая способность ограждающих элементов и соблюдено минимальное количество типов изделий. При этом следует учитывать технологичность изготовления, монтажа и возведения конструкций. Конструктивные решения должны  гарантировать простоту и надежность сопряжений элементов, а также самофиксацию сборных конструкций при их монтаже. Размеры сборных конструкций следует назначать с учетом грузоподъемных средств на заводе и стройплощадке, а также с учетом условий их перевозки.

Предварительное напряжение элементов применяют в  целях снижения расхода материалов, повышения трещиностойкости, жесткости и прочности конструкций, а также  обжатия их стыков. Предпочтение отдается сборным  предварительно напряженным крупногабаритным конструкциям,  изготовляемым из высокопрочных бетонов и арматуры, а  также конструкциям из легких бетонов. При этом особое  внимание Д0ЛЖ1Ю быть обращено на прочность и долговечность соединений. Они должны обеспечить надежную передачу  усилий и хорошую связь СТЫКОВОГО бетона, раствора,  полимерной смолы и т. п. со стыкуемыми элементами. Исходя из  условий повышения вероятности безопасности и эксплуатационной пригодности в строительстве целесообразно применять  изгибаемые элементы таврового и двутаврового сечений. Это  объясняется тем, что в таких сечениях плечо внутренних сил изменяется в небольших пределах даже при большой  изменчивости сопротивления бетона.

Вопрос выбора рационального конструктивного решения  зданий и сооружений неотделим от подбора правильного сочетания монолитного и сборного железобетона, а также каменной кладки. Применение монолитного железобетона ведет к эффективному повышению надежности конструкций, так как при этом  сокращается число стыков и сопряжений, необходимых в системах из сборных изделий. Число стыков в конструкции можно уменьшать также путем увеличения размеров сборных элементов. Однако при таком подходе следует иметь в виду, что надежность  крупногабаритных изделий несколько снижается. Например, при удлинении сборных колонн малоэтажных каркасов количество их стыков уменьшается, однако при этом повышается изменчивость  сопротивления по длине элементов. Кроме того, увеличивается  опасность повреждения колонн большой длины при их изготовлении, транспортировке и монтаже.

В некоторых случаях рациональным конструктивным  решением может оказаться такое, при котором предусмотрено  прекращение эксплуатации промышленного здания или сооружения через сравнительно небольшой период времени и демонтаж его конструкций. Такой подход к проектированию  обусловливается также тем фактом, что при сокращении срока службы конструкций можно более точно оценивать и снижать временные нагрузки.

При проектировании должны приниматься конструктивные схемы, обеспечивающие прочность, устойчивость и  пространственную неизменяемость зданий и сооружений в целом, а также отдельных конструкций на всех стадиях возведения и  эксплуатации. Расчетные схемы должны отвечать принятым  конструктивным решениям. По необходимости должны предусматриваться временные крепления конструкций.

На рабочих чертежах или в пояснительной записке к ним указывают расчетные схемы и усилия, нагрузки, классы и марки бетонов, растворов и камней, а также требования о  систематическом контроле их качества, вид, класс и марку арматуры, номер технических условий на данный вид арматуры, номер  государственных стандартов, условия и нормативные документы по сварным соединениям. Если требуется, то приводятся способы антикоррозионной защиты и защиты конструкции от воздействия высоких температур.

Для сборных элементов, кроме того, указывают наименьшие размеры опорных участков, места для их захвата, требования о нанесении меток (рисок) и маркировки (надписи), обеспечивающих правильность положения элементов. Здесь же отмечают  отпускную прочность бетона, массу сборного элемента, схемы  испытания, величины нагрузок, прогибов и других контролируемых величин.

Система автоматизированного проектирования. Современное проектирование железобетонных и каменных конструкций  основано на режиме взаимодействия или диалога инженера с ЭВМ. При таком подходе система проектирования состоит не из набора программ, а включает ряд так называемых обеспечений: методической (MeO), математической (МаО), лингвистической (ЛО), программной (ПО), информационной (ИО), технической (ТО) и организационной (ОО). Данная система называется  системой автоматизированного проектирования или просто САПР.

Задачи САПР состоят в автоматизации всего процесса  проектирования от исходных расчетных данных и конструирования конструкций до получения рабочих чертежей элементов. Однако могут быть автоматизированы .тишь проектные процессы,  предназначенные для расчета статически неопределимых,  континуальных и других с.южных конструкций. Особенности САПР при проектировании несущих  конструкций заключаются в многообразии типов элементов и их  внешних воздействий, различии габаритов и расчетных схем,  характере развития и перераспределения усилий и т. д. Кроме того, качество конструкций оценивают не только по механическим, техническим и экономическим, но и по эстетическим показателям.

Поэтому для программного (ПО) и информационного (ИО) обеспечений САПР предъявляют требования по возможности дополнения и исключения любых составных их частей без переработки ПО и ИО. Многие процедуры автоматизированного проектирования  являются формальными, которые выполняют ЭВМ без вмешательства проектировщика. При помощи формальных процедур  проверяются прочность, трещиностойкость и жесткость конструкций,  определяется площадь сечения рабочей арматуры при заданных размерах поперечного сечения элементов и т. п. Частичная творческая деятельность проектировщика имеет место, если при этом варьируются размеры элементов, принимаются решения о  переходе к новым классам арматуры и бетона и т. д. Творческая деятельность инженера проявляется при решении задачи оптимального проектирования в условиях частичной или полной неопределенности.

Степень участия проектировп1ика в автоматизированном  проектировании зависит от тою, как выполняется процесс  проектирования: неразрывно на ЭВМ от начала до конца  проектного решения, с его дроблением на отдельные такты и с использованием специальных средств (терминалов, дисплеев и т. д.). Последний режим процесса проектирования  применяют на стадии создания технических решений, тогда как  неразрывный режим используют при разработке рабочих чертежей конструкций.

Входные данные проектирования представляют в виде таблиц специальной формы и вводят в ЭВМ при помощи транслятора.

В конце расчета, выполненного на ЭВМ. результирующая  расчетная информация выдается также в табличной форме. Та часть результирующей информации, которая требуется для последующего вычерчивания на графопостроителях чертежей, записывается на магнитные постели.

Процедуры конструирования элементов делятся на три группы. К первой относятся формальные  операции конструирования, требующие многократного перерасчета конструкции. Процедуры второй группы  обеспечивают автома1изацию операций  подбора и расстановки арматуры в  конструкциях и т. п. Третья группа процедур предназначена для проверки нормативных ограничений  конструктивною и технологического  характера.